Контроллеры заряда mppt и pwm

Контроллеры для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Навигация

Какую температуру могут выдержать

Под термином «допустимая температура нагрева кабеля» чаще всего понимается параметр, определяющий температурный режим эксплуатации, при котором изоляция сохраняет свою долговечность и практические качества. Однако при выборе кабеля стоит использовать более широкий подход, то есть учесть также температуру нагрева жил.

В первом случае подразумевается температура окружающей среды, во втором — нагрев самого кабеля, вызванный электрическим сопротивлением токоведущих жил.

При чрезмерном нагреве или охлаждении изоляция может начать разрушаться. Это может привести к повреждению кабеля, а также подключённых к нему приборов и механизмов. Как следствие, допустимая температура нагрева проводов и кабелей зависит от материала изоляции.

«Обычные» кабели с пластмассовой (ПВХ пластикат, полиэтилен, полимеры), бумажной, резиновой изоляцией на эксплуатацию при температурных условиях от −50 до +50 градусов по цельсию. При превышении этого значения материал оболочки и изоляции начинает деградировать до расплавления. Сверхохлаждение приводит к механическому разрушению изоляции — появлению трещин, изломов и других дефектов.

К примеру, допустимая температура нагрева кабеля ВВГнг в стандартном исполнении во время эксплуатации — +50°C, минимальная — −50°C, а у кабеля, в конструкции которого используется ПВХ пластикат повышенной холодостойкости может выдерживать температуру до −60°C включительно.

Важно! Если планируется эксплуатировать кабель в более экстремальных температурных условиях, целесообразно рассмотреть специализированные модели с изоляцией из иных материалов — фторопласт, силикон и других. Кроме того, при эксплуатации в экстремально холодных условиях подойдут холодостойкие исполнения

Выбор изделия

Устройства МРРТ

Наиболее эффективными и стабильными считаются контроллеры для солнечной батареи модификации МРРТ – Maximum Power Point Tracking. Данные устройства осуществляют слежение за мощностью заряда по достижении максимального предела. В этом процессе используются сложные алгоритмы контроля показаний напряжения и тока, устанавливается наиболее оптимальное соотношение характеристик, обеспечивающих максимальную эффективность солнечной системы.

В процессе эксплуатации практически установлено, что контроллер для солнечных батарей mppt является более совершенным и существенно отличается от других моделей. По сравнению с приборами PWM, он эффективнее примерно на 35%, соответственно на столько же продуктивнее получается и сама система.

Более высокое качество и надежность таких устройств достигается за счет сложной схемы, дополненной компонентами, обеспечивающими тщательный контроль в соответствии с условиями эксплуатации. Специальные схемы выполняют слежение и сравнение уровней тока и напряжения, после чего определяется максимальная выходная мощность.

Главной особенностью контроллеров МРРТ является способность настройки солнечной панели на максимальную мощность вне зависимости от погоды в данный момент. Таким образом, батарея работает более эффективно и обеспечивает необходимый заряд АКБ.

Особенности электросети в банях

Первостепенное условие при выборе обозначенного кабеля заключается в его термической стойкости. Существует запрет на монтаж в комнатах с высокой концентрацией пара розеток. Если говорить про прокладку в таких помещениях проводки, в связи с повышенной влажностью должно обязательно создаваться заземление. Выбирая и приобретая термостойкие кабели для бани, рекомендуется ознакомиться с категориями комнат, представляющих такое строение:

  • Помещения, в которых постоянно присутствует нормальный температурный режим, где разрешено устанавливать обычные провода, предназначенные для жилых объектов.
  • Комнаты с температурой, доходящей до 150 градусов. На таких площадях обязательно используются только термоустойчивые провода, которые подводятся к электрической печи.

Плюсы и минусы

МРРТ-контроллер универсален и подходит для совмещения с разными устройствами — солнечными батареями, ветровыми установками, комбинированными системами.

Срок службы аккумуляторной батареи возрастает, поскольку создаются оптимальные условия для ее эксплуатации. Благодаря высокому напряжению на входе уменьшается сечение проводов и кабелей, которые используются для скрепления деталей устройства (или для увеличения расстояния от источника энергии до контроллера).

Аккумулятор можно зарядить даже тогда, когда освещения недостаточно. Эффективность использования фотоэлектрических модулей возрастает.

Недостаток МРРТ-контроллеров по сравнению с другими моделями — их цена. Минимальная стоимость около 10000 рублей. Средняя варьируется от 16 до 30 тысяч. Есть модели и за 50000 рублей.

Необходимость

При максимальном заряде аккумулятора, контроллер будет регулировать подачу тока на него, уменьшая ее до необходимой величины компенсации саморазряда устройства.  Если же аккумулятор полностью разряжается, то контроллер будет отключать любую входящую нагрузку на устройство.

Необходимость этого устройства можно свести к следующим пунктам:

  1. Зарядка аккумулятора многостадийная;
  2. Регулировка включения/отключения аккумулятора при заряде/разряде устройства;
  3. Подключение аккумулятора при максимальном заряде;
  4. Подключение зарядки от фотоэлементов в автоматическом режиме.

Контроллер заряда аккумулятора для солнечных устройств важен тем, что выполнение всех его функций в исправном режиме сильно увеличивает срок службы встроенного аккумулятора.

Предпосылки для применения MPPT контроллера.

Текущая цена MPPT контроллеров позволяет эффективно их применять при мощности модулей от 200 Вт. Или если напряжение солнечного модуля нестандартное. Это позволит увеличить выработку фотоэлектрической системы без добавления фотоэлектрических модулей. На данный момент на рынке представлены MPPT контроллеры имеющие несколько MPPT входов для оптимизации полей солнечной станции имеющих разное ориентирование относительно юга. Следует заметить, что все современные сетевые и гибридные фотоэлектрические инверторы используют слежение за точкой максимальной мощности солнечных батарей.

Простейшие контроллеры типа Откл/Вкл (или On/Off)

Аппараты данного вида относятся к самым простым и, как следствие, они считаются самыми дешевыми. При получении аккумулятором предельного заряда, специальное реле осуществляет разрыв цепи и ток от солнечной панели прекращает свое поступление. Фактически, во многих случаях батарея оказывается заряженной не до конца, что отрицательно сказывается на ее последующей работоспособности. В связи с этим, такие регуляторы нежелательно применять в качественных системах.

Контроллеры для солнечных батарей типа включения-отключения обладает крайне ограниченной функциональностью. Хотя он и предотвращает перегрев и перезарядку батареи, тем не менее, полного заряда не обеспечивает. Ток может достичь максимального значения и это вызовет отключение, однако сам заряд АКБ в этот момент составляет всего лишь 70-90%, то есть является неполным.

Подобное состояние также отрицательно сказывается на общей функциональности батареи и постепенно приводит к снижению эксплуатационного ресурса. В таких ситуациях для полноценной зарядки дополнительно требуется не менее 3-4 часов.

Подбор контроллера по напряжению и току солнечных батарей и акб

Большинство выпускаемых солнечных батарей имеет номинальное напряжение 12 или 24 вольта. Это сделано для того чтобы можно было заряжать аккумуляторные батареи без дополнительного преобразования напряжения. Аккумуляторные батареи появились значительно раньше солнечных батарей и имеют распространённый стандарт номинального напряжения на 12 или 24 вольта. Соответственно большинство контроллеров для солнечных батарей выпускается с номинальным рабочим напряжением равным 12 или 24 вольта, а также двухдиапазонные на 12 и 24 вольта с автоматическим распознаванием и переключением напряжения.

Номинальное напряжение на 12 и 24 вольта достаточно низкое для мощных систем. Для получения необходимой мощности приходится увеличивать количество солнечных батарей и аккумуляторов, соединяя их в параллельные контуры и значительно увеличивая силу тока. Увеличение силы тока ведет к нагреву кабеля и электрическим потерям. Необходимо увеличивать толщину кабеля, возрастает расход металла. Также необходимы мощные контроллеры, рассчитанные на высокий ток, такие контроллеры получаются очень дорогими.

Чтобы исключить возрастание тока, контроллеры для мощных систем делают для номинально рабочего напряжения на 36, 48 и 60 Вольт. Стоит заметить, что напряжение контроллеров кратно по напряжению 12 вольтам, для того чтобы можно было подключать солнечные батареи и акб в последовательные сборки. Контроллеры с кратным напряжением выпускаются только для технологии зарядки ШИМ.

Как видно ШИМ контроллеры выбираются с напряжением кратным 12 вольтам, причем в них входное номинальное напряжение от солнечных батарей и номинальное напряжение контура подключенных аккумуляторов должно быть одинаковым, т.е. 12В от СБ – 12В к АКБ, 24В на 24, 48В на 48В.

У контроллеров MPPT входное напряжение может быть равным или произвольно выше в несколько раз без кратности 12 Вольтам. Обычно MPPT контроллеры имеют входное напряжение от солнечных батарей от 50 Вольт для простых моделей и до 250 вольт для мощных контроллеров. Но следует учесть, что опять же производители указывают максимальное входное напряжение, и при последовательном подключении солнечных батарей следует складывать их максимальное напряжение, или напряжение холостого хода. Проще говоря: входное максимальное напряжение любое от 50 до 250В, в зависимости от модели, номинальное или минимальное входное при этом будет 12, 24, 36 или 48В. При этом выходное напряжение для заряда АКБ у контроллеров MPPT стандартное, часто с автоматическим определением и поддержкой напряжений на 12, 24, 36 и 48 Вольта, иногда 60 или 96 вольт.

Существуют серийные промышленные очень мощные MPPT контроллеры с входным напряжением от солнечных батарей на 600В, 800В и даже 2000В. Данные контроллеры также можно свободно приобрести у российских поставщиков оборудования.

Окромя выбора контроллера по рабочему напряжению, контроллеры следует выбирать по максимальному входному току от солнечных батарей и максимальному току заряда акб.

Для ШИМ контроллера, максимальный входной ток от солнечных батарей будет переходить в зарядный ток АКБ, т.е. контроллер не будет заряжать большим током, чем выдают подключенные к нему солнечные батареи.

В MPPT контроллере все иначе, входной ток от солнечных батарей и выходной ток для заряда акб – это разные параметры. Эти токи могут быть равными, если номинальное напряжение подключенных солнечных батарей равно номинальному напряжению подключенных акб, но тогда теряется суть преобразования MPPT, и эффективность контроллера уменьшается. В MPPT контроллерах номинальное входное напряжение от солнечных батарей должно быть выше номинального напряжения подключенных АКБ оптимально в 2-3 раза. Если входное напряжение выше ниже чем в 2 раза, к примеру, в 1,5 раза, то будет меньшая эффективность, а выше более чем в 3 раза, то будут большие потери на разницу преобразования напряжения.

Соответственно входной ток всегда будет равен или ниже максимальному выходному току заряда АКБ. Отсюда следует, что MPPT контроллеры необходимо выбирать по максимальному зарядному току АКБ. Но чтобы не превысить данный ток, указывается максимальная мощность подключаемых солнечных батарей, при номинальном напряжении контура подключенных АКБ. Пример для контроллера заряда MPPT на 60 Ампер:

  • 800Вт при напряжении АКБ электростанции 12В;

  • 1600Вт при напряжении АКБ электростанции 24В;

  • 2400Вт при напряжении АКБ электростанции 36В;

  • 3200Вт при напряжении АКБ электростанции 48В.

Следует заметить, что данная мощность при 12 вольт указана для зарядного напряжения от солнечных панелей в 13 — 14 Вольт, и кратна для остальных систем с напряжениями на 24, 36 и 48вольт.

Для чего нужен контроллер заряда для солнечной батареи?

Аккумуляторы, которые используются в комплекте солнечных батарей для накопления заряда, имеют ряд собственных особенностей. Они нуждаются в создании определенных условий в процессе зарядки. Необходимо своевременно ограничить ток и напряжение, не допустить слишком сильного разряда и исключить перезарядку АКБ. Обеспечить эти условия может специальное устройство, наблюдающее за блоком батарей и своевременно прекращающее все процессы, когда они достигают критических значений.

Задачи, которые решают контроллеры заряда для солнечных батарей:

  • выполнение диспетчерских функций, определение текущего режим работы и изменение его при возникновении соответствующих условий
  • ограничение величины заряда, предотвращение излишнего поглощения электроэнергии
  • наблюдение за расходованием и своевременный перевод батарей в режим зарядки

Есть контроллеры, совмещающие функции источника питания. К ним подключаются низковольтные потребители, например — осветительные приборы или иная нагрузка подобного типа. Такие системы работают в малом составе и не используются в качестве полноценного источника питания для бытовой или хозяйственной техники.

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и  разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Схемное решение в структурном виде для контроллеров заряда, основанных на технологиях MPPT. Здесь уже отмечается более сложный алгоритм контроля и управления периферийными устройствами

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

  • возмущения и наблюдения;
  • возрастающей проводимости;
  • токовой развёртки;
  • постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Что будет, если не производить установку

Если не установить контроллеры MPPT или PWM для солнечных батарей, то потребуется самостоятельный контроль за уровнем напряжения на батареях. Осуществить это можно с помощью вольтметра, как показано на рисунке ниже.

Однако, при таком подключении уровень заряда аккумулятора не будет фиксироваться, в результате чего он может перегореть и выйти из строя. Данный способ подключения возможен при подключении небольших солнечных панелей для питания устройств мощностью не более 0,1 кВт. Для панелей, которые будут питать целый дом, монтаж без контроллера не рекомендуется, так как оборудование выйдет из строя намного раньше. Также из-за перезарядки аккумулятора могут выйти из строя: инвертор, так как он не будет справляться с таким напряжением, может от этого сгореть проводка и так далее. Поэтому следует проводить правильный монтаж, учитывать все факторы.

Подбор контроллера по типу АКБ

Различные по типу АКБ необходимо заряжать по различным программам зарядки. Это связано с различным химическим составом аккумуляторов. Программы зарядки имеют разные алгоритмы заряда. В соответствии с выбранной программой зарядки акб контроллер заряда регулирует напряжение и силу тока в установленном диапазоне. Современные контроллеры заряжают контроллеры по технологии широтно-импульсной модуляции, такие контроллеры называются ШИМ(PWM) контроллеры. Причем более дорогие контроллеры, которые называются MPPT, использующие технологию поиска точки максимальной мощности от массива солнечных батарей тоже заряжают аккумуляторы по технологии ШИМ. Сначала MPPT контроллер отбирает максимальную мощность, а далее используя ШИМ преобразователь, заряжает акб в соответствии с установленной программой зарядки.

В зависимости от имеющихся аккумуляторов, необходимо выбрать контроллер, имеющий программу заряда именно для вашего типа акб. Рассмотрим основные типы АКБ и условия их заряда:

1) Свинцово-кислотные с жидким электролитом. Заряжаются обычно напряжением не выше 14-15 вольт, можно и выше до 17 вольт, но электролит быстро закипит и начнется процесс его выкипания и разрушения пластин, поэтому придется безотрывно следить за процессом заряда и при начале образования пузырьков, все равно опустить напряжение до 14 вольт, или отключить заряд и дать остыть аккумулятору. Также такие аккумуляторы при заряде выделяют взрывоопасный газ, поэтому их необходимо заряжать с открытыми клапанами и в хорошо вентилируемом помещении.

2) Свинцово-кислотные герметичные с загущенным или абсорбированным электролитом. Это аккумуляторы, изготовленные по технологии GEL и AGM. Данные аккумуляторы необходимо заряжать напряжением не выше 14 вольт. Это связано с тем, что если начнется процесс нагрева, загущенного или абсорбированного электролита, то структура электролита начнет разрушаться, и потеряет свои свойства, причем в отличии от жидко-кислотных, электролит невозможно поменять или восстановить.

3) Щелочные АКБ. Требуют заряд напряжением от 10В до 17В, необходимо следить за процессом заряда.

4) Никелевые

5) Литиевые, имеют в составе специальный блок управления зарядом.

Простые контроллеры заряда имеют одну или две программы зарядки для свинцово-кислотных акб для негерметичных жидкостных и для герметичных GEL или AGM аккумуляторов.

Каким образом функционирует МРРТ-контроллер

Суть принципа работы МРРТ-контроллера в том, что на протяжении дня ведется отслеживание точки максимальной мощности (ТММ).

В течение дня эта точка меняется, т.к. фотоэлектрический модуль вырабатывает электрический ток путем преобразования в него лучей солнца. Фотоэлементы вбирают в себя фотоны — частицы света солнца, в которых содержится энергия солнца. В тот момент, когда фотон поглощается, происходит его расщепление на составные элементы. Высвобождается электрон — носитель энергии. В цепи замыкания происходит образование тока. Затем электроны генерируются в готовый продукт — электричество.

Главные показатели для определения величины напряжения — яркость солнечных лучей, угол падения, нагрев батареи. При пасмурной погоде выработка электроэнергии падает, т.к. солнечного света недостаточно. Использование МРРТ-контроллера держит производство электричества на высоком уровне за счет отслеживания того участка солнечной батареи, где концентрируется максимальное количество фотонов.

Блоки питания ноутбуков

Блок питания для ноутбука (и прочих мобильных компьютеров) применяется как для зарядки его аккумуляторной батареи (АКБ), так и для обеспечения работы без аккумулятора. По типу исполнения БП ноутбука чаще всего представляет собой внешний блок. Ввиду того, что электрические характеристики различных моделей ноутбуков могут сильно различаться, на внешние блоки питания пока нет единого стандарта, и их блоки питания, как правило, не взаимозаменяемы. Существует инициатива по стандартизации блоков питания для ноутбуков.

Особенности БП ноутбуков:

  1. Производители ноутбуков используют различные разъёмы питания; их существует достаточно много типов, хотя широко распространённых всего несколько.
  2. Различаются питающие напряжения: обычно это 18,5 В или 19 В, хотя встречаются варианты с напряжением 15 или 16 В (в осн. субноутбуки); 19,5 В; 20 В или даже 24 В (iBook).
  3. Блоки питания отличаются максимальной выходной мощностью, выдавая ток 3,16 А (для старых типов); 3,42 A; 4,74 А; 6,3 А; 7,9 А, в зависимости от того, насколько мощный компьютер предполагается питать.

К замене блока питания ноутбука следует подходить с осторожностью (заменяющий должен иметь одинаковую полярность, разницу в питающем напряжении, не превышающую 0,5 В, и иметь достаточную мощность), иначе это может привести к выходу ноутбука из строя.

Выпускаются также универсальные блоки питания, рассчитанные на ноутбуки разных моделей и различных производителей. Такой БП имеет переключатель напряжения и набор сменных штекеров для подключения.

Внешние изображения
Чертёж БП FSP600-80GLN

Функции контроллера для солнечных батарей

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда аккумулятора солнечной батареи.


Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.


В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий